41

4.8.5 自动存储、静态存储和动态存储

根据用于分配内存的方法，C++有3种管理数据内存的方式：自动存储、静态存储和动态存储（有时也叫做自由存储空间或堆）。在存在时间的长短方面，以这3种方式分配的数据对象各不相同。下面简要地介绍每种类型（C++11新增了第四种类型——线程存储，这将在第9章简要地讨论）。

1. 自动存储

在函数内部定义的常规变量使用自动存储空间，被称为自动变量，这意味着它们在所属的函数被调用时自动产生，在该函数结束时消亡。例如，程序4.22中的temp数组仅当getname()函数活动时存在。当程序控制权回到main()时，temp使用的内存将自动被释放。如果getname()返回temp的地址，则main()中的name指针指向的内存将很快得到重新使用。这就是在getname()中使用new的原因之一。

实际上，自动变量是一个局部变量，其作用域为包含它的代码块。代码块是被包含在花括号中的一段代码。到目前为止，我们使用的所有代码块都是整个函数。然而，在下一章将会看到，函数内也可以有代码块。如果在其中的某个代码块定义了一个变量，则该变量仅在程序执行该代码时存在。

自动变量通常存储在栈中。这意味着执行代码块时，其中的变量将依次加入到栈中，而在离开代码块时，将按相反的顺序释放这些变量，这被称为后进先出（LIFO）。因此，在程序执行过程中，栈将不断地增大和缩小。

2. 静态存储

静态存储是整个程序执行起见都存在的存储方式。使变量成为静态的方式有两种：一种是在函数外面定义它；另一种是在声明变量时使用关键字static：

static double fee = 56.50;

在K&RC中，只能初始化静态数组和静态结构，而C++Release2.0(及后续版本)和ANSIC中，也可以初始化自动数组和自动结构。然而，一些您可能已经发现，有些C+实现还不支持对自动数组和自动结构的初始化。
第9章将详细介绍静态存储。自动存储和静态存储的关键在于:这些方法严格地限制了变量的寿命。变量可能存在于程序的整个生命周期(静态变量)，也可能只是在特定函数被执行时存在(自动变量)。
3.动态存储
new和delete运算符提供了一种比自动变量和静态变量更灵活的方法。它们管理了个内存池，这在C++中被称为自由存储空间(fiee store)或堆。该内存池同用于静态变量和自动变量的内存是分开的。程序4.22表明，new和delete让您能够在个函数中分配内存，而在另一个函数中释放它。因此，数据的生命
周期不完全受程序或函数的生存时间控制。与使用常规变量相比，使用new和delele让程序员对程序如何使用内存有更大的控制权。然而，内存管理也更复杂了。在栈中，自动添加和删除机制使得占用的内存总是连续的，但new和delete的相互影响可能导致占用的自由存储区不连续，这使得跟踪新分配内存的位置更困难。
栈、堆和内存泄漏
如果使用new运算符在自由存储空间(或堆)上创建变量后，没有调用delete, 将发生什么情况呢?如果没有调用delete, 则即使包含指针的内存由于作用域规则和对象生命周期的原因而被释放，在自由存储空间上分配的变量或结果也将继续存在。实际上，将会无法访问自由乘车空间中的结构，因为指向这些内存的指针无效。这将导致内存泄漏。被泄露的内存将在程序的整个生命周期内都不可使用；这些内存被分配储区，但无法收回。极端情况（不过不常见）是，内存泄漏可能会非常严重，以致于应用程序可用的内存被耗尽，出现内存耗尽错误，导致程序崩溃。另外，这种泄漏还会给一些操作系统或在相同的内存空间中运行的应用程序带来负面影响，导致它们崩溃。

即使是最好的程序员和软件公司，也可能导致内存泄漏，要避免内存泄漏，最好是养成这样一种习惯，即同时使用new和delete运算符，在自由存储空间上动态分配内存，随后便释放它。C++智能指针有助于自动完成这种任务，这将在第16章介绍。

注意：指针是功能最强大的C++工具之一，但也最危险，因为它们允许执行对计算机不友好的操作，如使用未经初始化的指针来访问内存或者试图释放一个内存块两次。另外，在通过实践习惯指针表示法和指针概念之前，指针是最容易引起迷惑的。由于指针是C++编程的重要组成部分，本书后面将更详细地讨论它。本书多次对指针进行了讨论，就是希望您能够越来越熟悉它。